高功率因數(shù)低輸出紋波PFC變換器研究.pdf

1、為了消除電網(wǎng)諧波污染、提高功率因數(shù)，需要在電子設(shè)備的輸入端增加功率因數(shù)校正(Power Factor Correction，PFC)變換器。由于脈動的瞬態(tài)輸入功率與恒定的輸出功率之間的不平衡，PFC變換器的輸出電壓/電流含有較大的二倍工頻紋波，且PFC變換器的動態(tài)響應(yīng)速度慢，對于突變的負載不能及時調(diào)整輸出電壓/電流，因此對于電源質(zhì)量要求高的供電設(shè)備，PFC變換器的輸出不能直接用于給供電設(shè)備供電。為了減小輸出電壓/電流紋波，有功率因數(shù)校正

2、功能的開關(guān)電源通常使用PFC變換器與DC-DC變換器兩級變換器級聯(lián)的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)的PFC變換器，前級實現(xiàn)輸入電流整形，后級級聯(lián)DC-DC變換器給負載提供低輸出電壓/電流紋波和快速動態(tài)響應(yīng)的電源。兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)的PFC變換器需要兩個開關(guān)變換器和兩套控制電路，且能量經(jīng)過兩級變換，因此轉(zhuǎn)換效率低、功率密度低、成本高、控制復(fù)雜，這些都限制了兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)的PFC技術(shù)的應(yīng)用。本論文致力于研究控制簡單、低成本和高效率的高功率因數(shù)低輸出紋波的P

3、FC變換器。
　　與傳統(tǒng)兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)PFC變換器相比，Boost-Flyback、Boost-Forward和Buck-Flyback等已有單級單開關(guān)PFC變換器，具有控制簡單、成本低等優(yōu)點，但是它們需要使用高降壓比的變壓器才可以給低電壓的負載供電。為了進一步降低成本，本論文提出了一種新的單級單開關(guān)PFC變換器-----二次型Buck PFC變換器，并基于LED負載，深入研究了基于二次型Buck PFC變換器的無頻閃無變壓器LED

4、驅(qū)動電源，它由共用一個開關(guān)管的兩個Buck變換器級聯(lián)構(gòu)成，其中前級Buck變換器實現(xiàn)PFC功能，后級Buck變換器調(diào)節(jié)LED電流。研究結(jié)果表明，二次型Buck PFC變換器可以實現(xiàn)功率因數(shù)校正，輸入電流的各次諧波可以滿足IEC61000-3-2 class D標(biāo)準(zhǔn)，且與傳統(tǒng)BuckPFC變換器相比，二次型Buck PFC變換器極大的減小了流過LED的二倍工頻電流紋波，可以實現(xiàn)無頻閃。
　　單級單開關(guān)PFC技術(shù)需要同時兼顧功率因數(shù)和

5、DC-DC變換器的低輸出電壓/電流紋波和快速動態(tài)響應(yīng)，所以容易導(dǎo)致輸入電流出現(xiàn)畸變，使其PF值略低于兩級級聯(lián)結(jié)構(gòu)的PFC技術(shù)，并且單級單開關(guān)PFC變換器的輸出能量仍然經(jīng)過兩級功率變換，轉(zhuǎn)換效率低。為了減少功率變換的級數(shù)，以提高PFC變換器的效率，并降低輸出電壓的二倍工頻紋波，本論文提出了一種由雙輸出反激變換器和Buck變換器組成的低輸出電壓紋波的準(zhǔn)單級反激PFC變換器，Buck變換器的輸入為雙輸出反激變換器的輔助輸出，Buck變換器的輸

6、出與雙輸出反激變換器的主輸出串聯(lián)給負載供電，其中僅有Buck變換器輸出的功率經(jīng)過了兩級變換。雙輸出反激變換器實現(xiàn)PFC功能;由雙輸出反激變換器輔助輸出供電的、具有快速動態(tài)響應(yīng)速度的Buck變換器補償雙輸出反激變換器主輸出的二倍工頻電壓紋波，實現(xiàn)低輸出電壓紋波和快速動態(tài)響應(yīng)。本文在分析和驗證了工作模式對反激PFC變換器輸出電壓紋波的影響的基礎(chǔ)上，深入研究了低輸出電壓紋波的準(zhǔn)單級反激PFC變換器。研究結(jié)果表明，在保持同樣PF值的前提下，準(zhǔn)單

7、級反激PFC變換器極大的減小了反激PFC變換器的二倍工頻輸出電壓紋波;準(zhǔn)單級反激PFC變換器的效率高于兩級級聯(lián)PFC變換器，接近反激PFC變換器的效率;準(zhǔn)單級反激PFC變換器的動態(tài)響應(yīng)速度與兩級級聯(lián)PFC變換器的動態(tài)響應(yīng)速度相近，遠快于反激PFC變換器。
　　傳統(tǒng)的恒定導(dǎo)通時間(Constant On-Time，COT)控制臨界連續(xù)模式(CriticalConduction Mode，CRM)反激PFC變換器的輸入電流并不是理想正

8、弦波，且有很大的畸變，尤其在高輸入電壓時，很難滿足對功率因數(shù)和總諧波畸變要求苛刻的應(yīng)用場合。本論文提出了一種變導(dǎo)通時間(Variable On-Time，VOT)控制CRM反激PFC變換器的控制策略。引入輸入電壓和反激變壓器輔助繞組電壓參與CRM反激PFC變換器開關(guān)管的導(dǎo)通時間控制，解決了傳統(tǒng)COT控制CRM反激PFC變換器PF值低和總諧波畸變（Total Harmonic Distortion，THD）高的問題。研究結(jié)果表明，VOT控